Любая миссия к Юпитеру и его лунам должна бороться с подавляющей радиацией газового гиганта. Только разумная схема орбиты и бортовые защитные меры могут обеспечить безопасность космического корабля. Даже в этом случае мощная радиация диктует продолжительность миссии.
Однако исследователи, возможно, нашли способ приблизиться по крайней мере к одному из спутников Юпитера, не сталкиваясь с этим излучением.
Когда в 2011 году NASA запустило свою миссию Juno к Юпитеру, оно знало, что отправляет свой космический аппарат в экстремальную радиационную среду. Радиация Юпитера генерируется его магнитным полем, которое в 30 000 раз сильнее земного. Магнитное поле захватывает заряженные частицы из среды Юпитера и ускоряет их, создавая его мощные радиационные пояса.
Juno следует по эллиптической полярной орбите вокруг Юпитера, погружаясь в опасное излучение на некоторое время, а затем покидая его. Наиболее чувствительная электроника Juno находится внутри титанового хранилища, разработанного для того, чтобы противостоять излучению как можно дольше.
через GIPHY
Астрономы проявляют большой интерес к системе Юпитера, поскольку три из его галилеевых лун — Европа, Ганимед и Каллисто — по всей видимости, имеют теплые океаны, погребенные под слоями льда. Это ставит вопрос о пригодности для жизни, но первым делом необходимо подтвердить, что эти океаны действительно существуют.
JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) ЕКА находится на пути к Юпитеру, а Europa Clipper НАСА будет запущен через несколько недель. (Europa Clipper обгонит JUICE и достигнет Юпитера первым.) Обе миссии посетят Европу и попытаются определить, реален ли ее подповерхностный океан. Оба должны бороться с интенсивным излучением околор Юпитер.
Миссия NASA Juno создала карту радиации региона Юпитера и нашла потенциальный маршрут с низким уровнем радиации к Европе. Как это повлияет на эти и будущие миссии?
«Это первая подробная карта радиации региона при таких высоких энергиях, что является важным шагом в понимании того, как работает радиационная среда Юпитера».
Скотт Болтон, главный исследователь миссии «Юнона»
Космический аппарат НАСА Juno и люди из команды миссии получили признание за нахождение маршрута с низким уровнем радиации к Европе. Juno использовал свои две камеры с низкой освещенностью, используемые в навигации в глубоком космосе, для составления карты радиационной обстановки вблизи ледяного спутника. Результатом стала первая полная 3D-карта радиации системы Юпитера.
«На Juno мы пытаемся изобрести новые способы использования наших датчиков для изучения природы и используем многие из наших научных приборов не по назначению», — сказал Скотт Болтон, главный исследователь Juno из Юго-Западного научно-исследовательского института в Сан-Антонио.
Ответственными инструментами являются Advanced Stellar Compass (ASC) и Stellar Reference Unit (SRU). ASC был разработан и построен в Дании, а SRU — в Италии. Большинство космических аппаратов имеют такие типы инструментов для навигации.
ASC на самом деле представляет собой четыре камеры на магнитометрической стреле космического корабля. Они ориентируют космический корабль в пространстве и также являются частью миссии магнитометра по детальному измерению магнитного поля Юпитера. SRU помогает Juno определять его положение относительно горизонтальной плоскости. Он также служит детектором частиц in situ в исследовании радиационного мониторинга Juno.
Вместе они были использованы для создания карты радиации.
«Это первая подробная карта радиации региона при таких высоких энергиях, что является важным шагом в понимании того, как работает радиационная среда Юпитера. То, что нам удалось создать первую подробную карту региона, — это большое дело, поскольку у нас нет инструмента, предназначенного для поиска радиации. Карта поможет планировать наблюдения для следующего поколения миссий в системе Юпитера», — говорит Скотт Болтон.
Эллиптическая полярная орбита Juno означает, что по мере приближения космического корабля к планете другая часть поверхности оказывается прямо под ним. Хотя его задача не заключается в том, чтобы получать изображения поверхности Юпитера, ASC использует это преимущество. Поскольку Juno пересекла всю область вокруг Юпитера, то же самое сделал и ASC.
«Каждую четверть секунды ASC делает снимок звезд», — сказал ученый Juno Джон Лейф Йоргенсен, профессор Технического университета Дании. «Очень энергичные электроны, которые проникают сквозь его защиту, оставляют на наших изображениях характерную подпись, похожую на след светлячка. Прибор запрограммирован на подсчет количества этих светлячков, что дает нам точный расчет количества радиации», — сказал Йоргенсен.
Данные Advanced Stellar Compass выявили две важные вещи. Вблизи орбиты Европы наблюдается больше очень высокоэнергетического излучения относительно низкоэнергетического, чем предполагали ученые. На переднем крае орбиты спутника также наблюдается больше высокоэнергетического излучения, чем на заднем. Это происходит потому, что большинство электронов в магнитосфере Юпитера обгоняют Европу сзади из-за вращения магнитного поля Юпитера. Но высокоэнергетические электроны в конечном итоге дрейфуют назад, обрушивая на передний край Европы высокоэнергетическое излучение. Взаимодействие с поверхностью Европы истощает их.
Stellar Reference Unit также внес вклад в новое понимание того, как излучение Юпитера влияет на Европу. Он использовался как камера для слабого освещения, что является его предназначением, и как детектор излучения.
В предстоящей статье, основанной на этих наблюдениях, будет представлена полная карта излучения Юпитера и его окружения. Ранее в этом году те же авторы опубликовали статью под названием «Влияние Европы на энергетическую электронную среду Юпитера, наблюдаемую микрокомпасом Juno». Ведущий автор — Матия Херцег, старший научный сотрудник кафедры космических исследований и технологий Технического университета Дании.
«Поскольку большинство энергичных электронов, дрейфующих ретроградно, встретятся с Европой и ударятся о ее нижнюю сторону, прежде чем они смогут достичь верхней стороны, Европа остановит дрейфовые оболочки энергичных электронов и будет в основном свободна от жесткого излучения на верхней стороне», — пишут авторы в своей статье.
Сейчас Juno выполняет расширенную миссию, и новые орбиты позволят собрать больше данных о радиации.
Вопрос в том, можно ли использовать эту среду с низким уровнем радиации в будущих миссиях, чтобы избежать воздействия радиации? Это возможно, но необходимо проделать большую работу.
«Результаты предстоящих орбит Juno во время расширения миссии могут привести к заполнению плазменного следа Juno дополнительными перекрестными наблюдениями», — пишут Херцег и его соавторы. «Как первая in situ компиляция наблюдений за потоками энергичных электронов как со стороны восходящего потока, так и со стороны плазменного следа Европы, представленный набор данных дает нам оценки толщины и распределения электронной плотности в окрестностях Европы. Результаты этой статьи могут способствовать специальным исследованиям, направленным на подготовку к предстоящей миссии NASA Europa Clipper и миссии ESA Juice».
Одно из таких специализированных исследований, проведенных теми же авторами, что и Герцег и др., представит полную трехмерную карту радиации Юпитера. Однако в настоящее время она находится на рецензировании. Приведет ли это исследование к низкорадиационному пути изучения Европы, самой желанной цели в наших поисках жизни в других местах Солнечной системы?
Следите за обновлениями.
